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io多路复用

article 2024/12/23 19:37:07

目录

select

1.  特点

2.  编程步骤

超时检测

必要性

poll

1.  特点

2.  编程步骤

select

1.  特点

1.  一个进程最多可以监听1024个文件描述符

2.  select每次被唤醒之后，要重新轮询表，效率低

3.  select每次都会清空未发生响应的文件描述符，每次都要经过用户空间拷贝内核空间，效率低，开销大

2.  编程步骤

1.  构造一张关于文件描述符的表

2.  清空表 FD_ZERO

3.  将关心的文件描述符添加到表中 FD_SET

4.  调用select函数，监听 select

5.  判断到底是哪一个或者是哪些文件描述符发生了事件 FD_ISSET

6.  做对应的逻辑处理

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
           fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
功能：
	实现IO的多路复用
参数：
	nfds：关注的最大的文件描述符+1
    readfds：关注的读表
	writefds：关注的写表 
	exceptfds：关注的异常表
	timeout：超时的设置
		NULL：一直阻塞，直到有文件描述符就绪或出错
		时间值为0：仅仅检测文件描述符集的状态，然后立即返回
		时间值不为0：在指定时间内，如果没有事件发生，则超时返回0，并清空设置的时间值

struct timeval {
    long tv_sec;		/* 秒 */
    long tv_usec;	/* 微秒 = 10^-6秒 */
};

返回值：
	成功：准备好的文件描述符的个数
	失败：-1 
	0：超时检测时间到并且没有文件描述符准备好	

注意：
	select返回后，关注列表中只存在准备好的文件描述符
操作表：
void FD_CLR(int fd, fd_set *set); //清除集合中的fd位
void FD_SET(int fd, fd_set *set);//将fd放入关注列表中
int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);//判断fd是否在集合中  是--》1   不是---》0
void FD_ZERO(fd_set *set);//清空关注列表

练习：输入鼠标的时候， 响应鼠标事件， 输入键盘的时候， 响应键盘事件 (两路IO)

#include <stdio.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    char buf[128] = {0};
    int fd = open("/dev/input/mouse0", O_RDONLY);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open err");
        return -1;
    }
    // 1.构造一张关于文件描述符的表
    fd_set rfds;
    while (1)
    {
        // 2.清空表 FD_ZERO
        FD_ZERO(&rfds);
        // 3.将关心的文件描述符添加到表中 FD_SET
        FD_SET(fd, &rfds); // 鼠标
        FD_SET(0, &rfds);  // 键盘

        // 4.调用select函数，监听 select
        int ret = select(fd + 1, &rfds, NULL, NULL, NULL);
        if (ret < 0)
        {
            perror("select err");
            return -1;
        }
        // 5.判断到底是哪一个或者是哪些文件描述符发生了事件 FD_ISSET
        if (FD_ISSET(0, &rfds))
        {
            // 6.做对应的逻辑处理
            fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
            printf("keybroad:%s\n", buf);
        }
        if (FD_ISSET(fd, &rfds))
        {
            read(fd, buf, sizeof(buf));
            printf("mouse:%s\n", buf);
        }
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
    }
    close(fd);

    return 0;
}

练习：用select创建并发服务器，可以同时连接多个客户端 （0，sockfd），循环服务器：一个客户端可以连接多个客户端，但是不能同时，并发服务器：一个服务器可以同时处理多个客户端的请求

#include <stdio.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    char buf[128] = {0};
    int acceptfd, ret;
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }
    printf("sockfd:%d\n", sockfd); // 3
    // 2.指定网络信息---------------------------》有号码
    struct sockaddr_in saddr, caddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;            // IPV4
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); // 端口号
    // saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.50.13"); // 虚拟机IP
    // saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    int len = sizeof(caddr);
    // 3.绑定套接字（bind）------------------》绑定手机（插卡）
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0)
    {
        perror("bind err");
        return -1;
    }
    printf("bind ok\n");
    // 4.监听套接字（listen）-----------------》待机
    if (listen(sockfd, 6) < 0)
    {
        perror("listen err");
        return -1;
    }
    printf("listen ok\n");
    // 1.构造一张关于文件描述符的表
    fd_set rfds, tempfds;
    int maxfd; // 保存最大的文件描述符
    // 2.清空表 FD_ZERO
    FD_ZERO(&rfds);
    FD_ZERO(&tempfds);
    // 3.将关心的文件描述符添加到表中 FD_SET
    FD_SET(sockfd, &rfds); // sockfd
    FD_SET(0, &rfds);      // 键盘
    while (1)
    {
        maxfd = sockfd;
        //将原来的表,复制给新表(备份表)
        tempfds = rfds;
        // 4.调用select函数，监听 select
        ret = select(maxfd + 1, &tempfds, NULL, NULL, NULL);
        if (ret < 0)
        {
            perror("select err");
            return -1;
        }
        // 5.判断到底是哪一个或者是哪些文件描述符发生了事件 FD_ISSET
        if (FD_ISSET(0, &tempfds))
        {
            // 6.做对应的逻辑处理
            fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
            printf("keybroad:%s\n", buf);
        }
        if (FD_ISSET(sockfd, &tempfds))
        {
            acceptfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);
            if (acceptfd < 0)
            {
                perror("accept err");
                return -1;
            }
            printf("port:%d ip:%s\n", ntohs(caddr.sin_port), inet_ntoa(caddr.sin_addr));
            printf("acceptfd:%d\n", acceptfd);
        }
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
    }
    close(sockfd);

    return 0;
}

练习：用select创建并发服务器，可以与多个客户端进行通信（监听键盘、socket、多个acceptfd）

#include <stdio.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    char buf[128] = {0};
    int acceptfd, ret;
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }
    printf("sockfd:%d\n", sockfd); // 3
    // 2.指定网络信息---------------------------》有号码
    struct sockaddr_in saddr, caddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;            // IPV4
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); // 端口号
    // saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.50.13"); // 虚拟机IP
    // saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    int len = sizeof(caddr);
    // 3.绑定套接字（bind）------------------》绑定手机（插卡）
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0)
    {
        perror("bind err");
        return -1;
    }
    printf("bind ok\n");
    // 4.监听套接字（listen）-----------------》待机
    if (listen(sockfd, 6) < 0)
    {
        perror("listen err");
        return -1;
    }
    printf("listen ok\n");
    // 1.构造一张关于文件描述符的表
    fd_set rfds, tempfds;
    int maxfd; // 保存最大的文件描述符
    // 2.清空表 FD_ZERO
    FD_ZERO(&rfds);
    FD_ZERO(&tempfds);
    // 3.将关心的文件描述符添加到表中 FD_SET
    FD_SET(sockfd, &rfds); // sockfd
    FD_SET(0, &rfds);      // 键盘
    maxfd = sockfd;
    while (1)
    {
        // 将原来的表,复制给新表(备份表)
        tempfds = rfds;
        // 4.调用select函数，监听 select
        ret = select(maxfd + 1, &tempfds, NULL, NULL, NULL);
        if (ret < 0)
        {
            perror("select err");
            return -1;
        }
        // 5.判断到底是哪一个或者是哪些文件描述符发生了事件 FD_ISSET
        if (FD_ISSET(0, &tempfds))
        {
            // 6.做对应的逻辑处理
            fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
            printf("keybroad:%s\n", buf);
        }
        if (FD_ISSET(sockfd, &tempfds))
        {
            acceptfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);
            if (acceptfd < 0)
            {
                perror("accept err");
                return -1;
            }
            printf("port:%d ip:%s\n", ntohs(caddr.sin_port), inet_ntoa(caddr.sin_addr));
            printf("acceptfd:%d\n", acceptfd);
            // 将用于通信的文件描述符放到表中
            FD_SET(acceptfd, &rfds);
            if (acceptfd > maxfd)
                maxfd = acceptfd;
            // 4 5 6 7 8 9
        }
        for (int i = sockfd + 1; i <= maxfd; i++)
        {
            if (FD_ISSET(i, &tempfds))
            {
                ret = recv(i, buf, sizeof(buf), 0);
                if (ret < 0)
                {
                    perror("recv err");
                    break;
                }
                else if (ret == 0)
                {
                    printf("client exit\n");
                    close(i);         // 关闭对应的用于通信的文件描述符
                    FD_CLR(i, &rfds); // 将文件描述符从原表中删除
                    //4 5 6    
                    while (!FD_ISSET(maxfd, &rfds))
                        maxfd--;
                }
                else
                {
                    printf("buf:%s\n", buf);
                }
            }
        }
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
    }
    close(sockfd);

    return 0;
}

超时检测

概念

什么是网络超时检测呢，比如某些设备的规定，发送请求数据后，如果多长时间后没有收到来自设备的回复，那么需要做出一些特殊的处理

比如: 链接wifi的时候，等了好长时间也没有连接上，此时系统会发送一个消息： 网络连接失败；

必要性

1. 避免进程在没有数据时无限制的阻塞;

2.  规定时间未完成语句应有的功能,则会执行相关功能;

poll

1.  特点

1.  优化了文件描述符的限制

2.  poll每次唤醒之后，需要重新轮询，效率低，耗费CPU

3.  poll不需要构造文件描述符的表，采用结构体数组，每次调用也要经过用户空间到内核空间的拷贝

2.  编程步骤

1.  创建结构体数组

2.  将关心的文件描述符添加到数组中，并赋予事件

3.  保存数组内最后一个有效元素的下标

4.  调用poll函数，监听

5.  判断结构体内文件描述符实际触发的事件

6.  根据不同文件描述符触发的不同事件做对应的逻辑处理

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
功能: 监视并等待多个文件描述符的属性变化
参数：
	  1.struct pollfd *fds:   关心的文件描述符数组,大小自己定义
   若想检测的文件描述符较多,则建 立结构体数组struct pollfd fds[N]; 
           struct pollfd{
	                  int fd;	 //文件描述符
	             short events;//等待的事件触发条件----POLLIN读时间触发
	             short revents;	//实际发生的事件(未产生事件: 0 ))
                            }
	    2.   nfds:    最大文件描述符个数
	    3.  timeout： 超时检测 (毫秒级)：1000 == 1s      
                    如果-1，阻塞          如果0,不阻塞
返回值：  <0 出错		>0 表示有事件产生;
              如果设置了超时检测时间：&tv	   ==0 表示超时时间已到;

练习：输入键盘事件，响应键盘事件，输入鼠标事件，响应鼠标事件（两路IO）

#include <stdio.h>
#include <poll.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int ret;
    char buf[128] = {0};
    int fd = open("/dev/input/mouse0", O_RDONLY);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open err");
        return -1;
    }
    // 1.创建结构体数组
    struct pollfd fds[2];
    // 2.将关心的文件描述符添加到数组中，并赋予事件
    fds[0].fd = 0;          // 键盘
    fds[0].events = POLLIN; // 想要发生的事件
    // fds[0].revents=;//实际发生的事件

    fds[1].fd = fd;
    fds[1].events = POLLIN;
    // 3.保存数组内最后一个有效元素的下标
    int last = 1;
    // 4.调用poll函数，监听
    while (1)
    {

        ret = poll(fds, last + 1, 2000);
        if (ret < 0)
        {
            perror("poll err");
            return -1;
        }
        else if (ret == 0)
        {
            printf("time out\n");
        }
        // 5.判断结构体内文件描述符实际触发的事件
        if (fds[0].revents == POLLIN)
        {
            // 6.根据不同文件描述符触发的不同事件做对应的逻辑处理
            fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
            printf("keybroad:%s\n", buf);
        }
        if (fds[1].revents == POLLIN)
        {
            read(fd, buf, sizeof(buf));
            printf("mouse:%s\n", buf);
        }
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
    }

    close(fd);

    return 0;
}


http://www.kler.cn/a/298965.html

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